[发明专利]基于标准CMOS工艺的积分电容及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及CMOS集成电路设计技术领域，尤其是一种在标准CMOS工艺下实现的积分电容及其制作方法，该积分电容可应用于红外探测器和紫外探测器的读出电路中，同时还可以应用在积分式的模数(AD)和数模(DA)转换器中。

背景技术

在微弱信号探测芯片中，经常采用积分的方式将微弱的信号电流或电荷转换为模拟电路可以处理的电压信号。积分电容的大小决定了积分电路的动态范围和噪声性能，通过增大积分电容，可以大大提高积分电路的动态范围。在噪声较高的环境下，必须通过提高积分电容来实现对环境噪声的抑制。

在标准的CMOS工艺中，电容元件的实现一般采用三种方式：金属-绝缘层-金属电容(MIM)、多晶硅-绝缘层-多晶硅电容(PIP)、以及MOS电容。MIM电容和PIP电容都是利用平板电容的基本原理来实现的，其电容线性度很好，但是电容密度低，尤其是芯片面积有限的情况下很难实现大电容。而在积累区工作的MOS电容具有较大的电容密度，但是其电压系数较大，线性度较差，因此不适用于电压范围变化较大的情况。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于标准CMOS工艺的积分电容及其制作方法，以提高积分电容的线性度和电容密度。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于标准CMOS工艺的积分电容，该积分电容包括：

一P型硅衬底1；

一位于该P型硅衬底1上的下电极板2；

一位于该下电极板2上的栅氧化层3；

两个位于该下电极板2上且在该栅氧化层3两侧的N阱欧姆接触5；

一位于该栅氧化层3上的上电极板4。

上述方案中，所述下电极板2是利用CMOS工艺的N阱实现的。

上述方案中，所述栅氧化层3是利用CMOS工艺的栅氧化层实现的。

上述方案中，所述上电极板4是采用多晶硅栅实现的。

上述方案中，所述N阱欧姆接触5是通过N+实现的。

本发明还提供了一种基于标准CMOS工艺制作积分电容的方法，该方法包括：

在P型晶圆的衬底上形成N阱，作为新型电容的下极板；

在N阱上制作多晶硅栅，作为新型电容器的上极板；

利用自对准工艺，生成N+区域，作为N阱的欧姆接触；

分别在多晶硅栅和N+欧姆接触区制作金属接触孔，完成新型电容的制作。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种基于标准CMOS工艺的积分电容及其制作方法，所有工艺步骤完全与标准的CMOS工艺兼容；

2、本发明提供的这种基于标准CMOS工艺的积分电容及其制作方法，实现的电容器具有与平板电容(PIP或MIM)相同的稳定性，相对于同等工艺下的MOS电容，电压从0至VDD变化时，电容的电压系数为100ppm/V；

3、本发明提供的这种基于标准CMOS工艺的积分电容及其制作方法，实现的电容器具有MOS电容在积累区时的电容密度，相对于同等工艺下的PIP电容，可以节省66％的面积，有效提高了积分电容的线性度和电容密度。

附图说明

图1是本发明提供的基于标准CMOS工艺的积分电容的结构示意图；

图2是本发明提供的基于标准CMOS工艺的积分电容的电流电压的特性曲线；

图3是本发明提供的基于标准CMOS工艺的积分电容的电容电压的特性曲线；

图4至图7是依照本发明实施例提供的制作积分电容的工艺步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一种实现高线性度高电容密度的电容结构，该结构采用了平板电容的实现方式以保证高线性度。如图1所示，图1是本发明提供的基于标准CMOS工艺的积分电容的结构示意图，该积分电容包括：一P型硅衬底1、一位于该P型硅衬底1上的下电极板2、一位于该下电极板2上的栅氧化层3、两个位于该下电极板2上且在该栅氧化层3两侧的N阱欧姆接触5和一位于该栅氧化层3上的上电极板4。

该积分电容采用P型衬底1的硅片实现，上极板采用了多晶硅栅4来实现，下极板利用CMOS工艺的N阱2来实现，而中间的绝缘层利用CMOS工艺的栅氧化层3来实现，从而保证较高的电容密度。N阱的欧姆接触通过N+3来实现，该电容的模型为等效电容6。该电容的结构图及等效电容如图1所示。